Investigations on the effects of microwaves on hard rock

Titel in Übersetzung: Untersuchungen zu den Auswirkungen von Mikrowellenbestrahlung auf Hartgesteine

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Die vorliegende Studie beschäftigt sich mit den Auswirkungen von Mikrowellenbestrahlung auf unterschiedliche Hartgesteinstypen. Im Zuge der Untersuchungen wurden zwei Laboraufbaue umgesetzt und die Veränderungen im Gestein hinsichtlich Festigkeit und Textur untersucht. Kleimaßstäbliche Versuche wurden in einer Haushaltsmikrowelle mit 3.2 kW durchgeführt. Für großmaßstäbliche Versuche wurde eine Mikrowellenanlage mit einer maximalen Leistung von 30 kW entwickelt und verwendet. Die Bestrahlungsdauern betrugen einige Sekunden bis Minuten. In den kleinmaßstäblichen Versuchen konnten lediglich Gesteine mit relativ guten Absorptionseigenschaften (Basalt, Gabbro) ausreichend erhitzt und in weiterer Folge geschädigt werden, was durch die Reduktion der Schallwellengeschwindigkeit im Gestein von 5000 auf 3500 m/s nach 120 s gezeigt wird. Es zeigt sich dabei ein deutlicher Einfluss der Probengeometrie. Differenzielle Aufheizung der Gesteinskomponenten und daraus resultierende Risse entlang von Korngrenzen können, im Gegensatz zu Vorschlägen diverser Literaturquellen, nicht bestätigt werden. Dafür wären wesentlich kürzere Bestrahlungszeiten und höhere Leistungen, als in der vorliegenden Arbeit, erforderlich. Das Vorhandensein von Wasser (1-2 Gew.%) führte zu erhöhten Dampfdruck im Porenraum und somit zu Spannungen, die die Zugfestigkeit der Gesteine überschreiten. Hochleistungsbestrahlung mit 30 KW führt in allen untersuchten Gesteinen zu Temperaturerhöhung und Rissbildung. Die unterschiedlichen Gesteinstypen (feinkörnig mit starker Absorption, grobkörnig mit starker und schwacher Absorption, wasserhaltig) weisen dabei gänzlich unterschiedliche Schädigungsmuster auf. Gesteine mit guten Absorptionsfähigkeiten (Basalt, Gabbro) erhitzen sehr rasch (ΔT = 270 °C in 6 s mit 25 kW) unter rascher Ausbildung der Temperaturgradienten, was zur Abplatzung von Kratern an der Oberfläche führt. Risse sind dabei nicht and die Korngrenzen gebunden. Schwach absorbierende Gesteine (Sandstein, Granit) erhitzen weniger stark (ΔT = 240 °C in 30 s mit 25 kW) und es entwickeln sich radiale Risse. Diese sind großteils an vorhandene Korngrenzen oder Spaltbarkeitsflächen einzelner Minerale gebunden. Auch bei hoher Mikrowellenleistung spielt das Vorhandensein von Wasser eine entscheidende Rolle. In feuchtem Sandstein führt Absorption durch Wasser zu hohem Dampfdruck und explosiver Zerstörung sowie zur Ausbildung von bis zu 6 cm tiefen Kratern im Gestein. Zusätzliche Versuche wurden unternommen, um den Einfluss der Mikrowellenbestrahlung auf die mechanische Schneidleistung zu Untersuchen. Obwohl die Tendenz zu einer Reduktion der angewandten Schneidkräfte ersichtlich ist, kann auf Grund der großen Streuung der Messergebnisse keine gesicherte Aussage darüber getroffen werden.
Titel in ÜbersetzungUntersuchungen zu den Auswirkungen von Mikrowellenbestrahlung auf Hartgesteine
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Moser, Peter, Beurteiler A (intern)
  • Kuchar, Friedemar, Beurteiler B (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2013

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Mikrowellen
  • Hartgestein
  • Alternative Gesteinszerkleinerung

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